Chapter 6. 总线

公式与性质

• 系统总线的结构

  1. 单总线结构：CPU 、主存、 I/O 设备挂在一组总线上。
     • 不支持并发传送。
  2. 双总线结构：主存总线在 CPU 、主存和通道之间传送数据，I/O 总线在通道和 I/O 设备之间传送数据。
     • 支持突发传送。
  3. 三总线结构：主存总线连接 CPU 和主存， I/O 总线连接 DMA 接口和 I/O 接口， DMA 总线连接主存和 DMA 接口（高速外设）。
     • 任意时刻只能使用一种总线。

• 总线事务

  1. 请求阶段
  2. 总裁阶段 -
  3. 寻址阶段  |-> 总线周期
  4. 传输阶段 -
  5. 释放阶段
  

• 总线定时

  1. 同步定时：系统采用一个统一的时钟信号来协调发送和接收双方的传送定时关系。
  2. 异步定时：依靠"握手"信号来实现定时控制。
     1. 不互锁方式：主设备发出请求信号后，不必等到从设备的回答信号，而是经过一段时间自动撤销请求信号；而从设备收到请求信号后，发出回答信号，经过一段时间自动撤销回答信号。不存在互锁关系。
     2. 半互锁方式：主设备发出请求信号后，必须等到从设备的回答信号后，才撤销请求信号，有互锁关系；而从设备收到请求信号后，发出回答信号，经过一段时间自动撤销回答信号，存在互锁关系。
     3. 全互锁方式：主设备发出请求信号后，必须在从设备回答后才能撤销请求信号；从设备发出回答信号后，必须在获知主设备请求信号已撤销后才撤销回答信号。
  3. 半同步定时：在每个时钟到来时利用新增的 Wait 响应信号线检测握手信号。
     • 既采用同步信号，又采用握手信号。
  4. 分离式定时：将总线事物分解为请求和应答两个子过程。主设备发送控制信息后立刻释放总线，从设备准备好数据后再变为主设备申请总线。
     • 两个子过程都只有单方向的信息流，每个设备都变为主设备。
     • 在不传送数据时释放总线，使总线可接受其他设备的请求，不存在空闲等待时间。

概念

• 控制总线的功能一般不能由通信总线取代。

• 双总线结构需要通道，三总线结构不需要。

• 单/双/三总线外设都可以和主存储器单元统一编址，但只有单总线可以不用 I/O 指令。

  仅单总线主存与 I/O 设备在同一总线上。

• 双总线结构中通道程序在主存中，但通道程序在通道内的处理机上运行。

考点

• 同步定时不需要设备间的应答信号，各外设的速度相差不大，方便设备的即插即用和热插拔（时序控制逻辑简单），支持级联方式连接多台设备。

• 同步方式和异步方式可以用于控制 CPU 内部的数据通路中的各部件，也可用于总线事物的定时。

• CPU 内部数据通路的控制同步比异步慢，但总线事务的定时同步比异步快。